CN101081875A - 醇溶性壳聚糖衍生物和油溶性壳聚糖衍生物及其制备方法 - Google Patents
醇溶性壳聚糖衍生物和油溶性壳聚糖衍生物及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种醇溶性壳聚糖衍生物和油溶性壳聚糖衍生物及其制备方法,属于高分子材料制备领域。壳聚糖衍生物具有如(I)的结构式,醇溶性的制备方法是将醋酸配为重量百分比为1~3%的水溶液,然后将壳聚糖按1~3%(w/v)的比例溶于其中构成均相溶液,再加入与前述醋酸水溶液等体积的乙醇,与前述壳聚糖单元的摩尔比为0.2~8∶1丙烯酸羟基酯,再加入占丙烯酸羟基酯质量分数0~1%的阻聚剂对苯二酚,在20~80℃反应2~8小时;油溶性的制备方法是将醇溶性制备方法中的丙烯酸羟基酯更换为(甲基)丙烯酸酯。本发明可获得具有良好醇溶性、油溶性的壳聚糖衍生物,且制备方法工艺简单、成本低、污染小。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料制备领域,特别涉及天然高分子改性。
背景技术
甲壳素是含量仅次于纤维素的第二大天然高分子,具有诸多优异性能,由于甲壳素不能溶于水以及一般的有机溶剂,脱乙酰基后生成的壳聚糖也只能溶于酸性水溶液,这大大限制了其在工业上的推广应用。
为拓宽壳聚糖应用范围,人们对壳聚糖分子中的羟基和胺基进行了多种改性, 其中,大部分报道是关于水溶性壳聚糖衍生物制备的,主要是在壳聚糖分子中引入羟基或羧基,提高其水溶性,已有专利报道,如US4619995,US3911098,2005年3月16日提交的中国专利申请《一种水溶性O-壳聚糖衍生物及其应用》(公开号为CN1594367A),1999年8月18日提交的中国专利申请《水溶性壳聚糖衍生物的制备方法》(公开号为CN1225923A);另外还有采用降低壳聚糖分子量的方法提高其水溶性的,如2005年1月12日提交的中国专利申请《辐射法制备小分子量或水溶性壳聚糖》(公开号为CN1563106A),2001年2月14日提交的中国专利申请《水溶性壳聚糖的制备方法》(公开号为CN1283634A),2001年10月24日提交的中国专利申请《高浓度法制备低聚水溶性壳聚糖》(公开号为CN1318567A)。
中国专利申请CN1594366A报道了邻苯二甲酰化保护氨基,用十八酰氯和十二酰氯分别对壳聚糖分子中的羟基进行酯化,使产物能溶于油酸、亚油酸、硬脂酸及相应酯类;中国专利申请CN1673235A报道了丁二酸酐与长链烷烃缩水甘油醚依次对壳聚糖进行改性,制备了两亲性壳聚糖衍生物,改善了壳聚糖的溶解性。由于上述两种方法中使用了酰率、酸酐等单体,对环境造成较大的污染。除专利外,也有研究者采用壳聚糖酰化的方法来提高其油溶性,如壳聚糖的苯甲酰化、己酰化、对甲苯甲酰化等20多种酰化反应,在这类反应中大多采用了强酸作为反应介质,如甲磺酸,但强酸可引起壳聚糖的剧烈降解,同时具有很强的腐蚀性,不易于工业化生产,此外,也容易引起环境污染,相关参考文献见表1。
表1参考文献表
序号 | 文献 |
1 | A review of chitin and chitosan applications Reactive and Functional Polymers |
Volume:46,Issue:1,November,2000,pp.1-27 Ravi Kumar,Majeti N.V. | |
2 | Synthesis and some properties of nonnatural amino polysaccharides:branched chitinand chitosan,Kurita,Keisuke,Kojima,Taku,Macromolecules,v 33,n 13,Jun,2000,p4711-4716 |
3 | Chemospecific manipulations of a rigid polysaccharide.Syntheses of novel chitosanderivatives with excellent solubility in common organic solvents by regioselectivechemical modifications,Nishimura,Shin-Ichiro,Kohgo,Osamu,Macromolecules,v 24,n 17,Aug 19,1991,p 4745-4748 |
4 | Controlled functionalization of the polysaccharide chitin,Kurita,K.Progress in PolymerScience(Oxford),v 26,n 9,November,2001,p 1921-1971 |
5 | Nonnatural Branched Polysaccharides:Synthesis and Properties of Chitin and ChitosanHaving Disaccharide Maltose Branches,Keisuke Kurita,Hirofumi Akao,Biomacromolecules 2003,4,1264-1268 |
6 | Chemoselective Protection of the Amino Groups of Chitosan by ControlledPhthaloylation:Facile Preparation of a Precursor Useful for Chemical ModificationsKurita,K.;Ikeda,H.;Biomacromolecules;(Communication);2002;3(1);1-4 |
7 | 邻苯二甲酰化壳聚糖的合成与溶致液晶表征,董炎明,吴玉松等,物理化学学报.2002,18(7).-636-639 |
8 | Characterization of chemical and solid state structures of acylated chitosans,Zong,Z.,Kimura,Y.,Polymer,v 41,n3,Nov,2000,p 899-906 |
9 | Novel N-saturated-fatty-acyl derivatives of chitosan soluble in water and in aqueousacid and alkaline solutions,Hirano,Shigehiro;Yamaguchi,Yasuhiro;Kamiya,Mitsutomo,Carbohydrate Polymers Volume:48,Issue:2,May 1,2002,pp.203-207 |
10 | Novel N-unsaturated fatty acyl and N-trimethylacetyl derivatives of chitosanCarbohydrate Polymers Volume:26,Issue:3,1995,pp.205-209 Zhang,Min;Hirano,Shigehiro |
上述研究均是从化学改性的角度来改善壳聚糖的溶解性,而另一部分研究者则是通过采用复合有机溶剂来溶解壳聚糖,典型的有三氯乙酸-二氯甲烷体系、水-二氯乙酸-CuCO3-(NH4)OH体系、氯化锂/N,N-二甲基乙酰胺体系和N-甲基吗琳-N-氧化物/水体系等。(请见A review of chitin and chitosan applications Reactive and FunctionalPolymers Volume:46,Issue:1,November,2000,pp.1-27 Ravi Kumar,Majeti N.V.)这种复配的溶剂体系在工业中不常用,成本较高,不适用于壳聚糖的推广应用。
发明内容
本发明的目的在于改善壳聚糖及其衍生物的醇溶性、油溶性,提供醇溶性好的壳聚糖-丙烯酸羟基酯加成反应产物和油溶性好的壳聚糖-丙烯酸酯加成反应产物,及工艺简单、成本低、环境污染小的制备方法。
本发明是在反应容器中,通过壳聚糖与羟基丙烯酸酯或丙烯酸酯进行迈克尔加成反应,分别得到醇溶性和油溶性壳聚糖衍生物。
本发明所指的醇溶性壳聚糖衍生物的结构式如下:
该通式中,R1为H,R2为CH2-CH2COOROH,或R1与R2同时为CH2-CH2COOROH,其中R是C2H4、C3H6、C4H8之一,上述醇溶性壳聚糖衍生物的分子量5000~500000,红外光谱在1713cm-1附近存在吸收峰。
上述醇溶性壳聚糖衍生物的制备方法如下:
首先将醋酸配为重量百分比为1~3%(优选1%)的醋酸水溶液,然后将壳聚糖溶于前述的醋酸水溶液构成均相溶液,其溶解比例是1~3%(w/v)(优选1%),再加入与前述醋酸水溶液等体积的乙醇;在上述溶液中加入丙烯酸羟基酯,加入量与前述壳聚糖单元的摩尔比为0.2~8∶1(优选4∶1),再加入占丙烯酸羟基酯质量分数0~1%(优选0.1%)的阻聚剂对苯二酚;然后在20~80℃(优选40℃)反应2~8小时(优选8h);反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤、抽滤、干燥。
丙烯酸羟基酯包括丙烯酸羟乙酯、丙烯酸丁酯
本发明所指的油溶性壳聚糖衍生物,通式如下:
该通式中,R1为H,R2为CH2-CH2COOR或CH2-CH(CH3)COOR,或R1与R2同时为CH2-CH2COOR或CH2-CH(CH3)COOR,R是CH3、C2H5、C3H7、C4H9、C6H13、C8H17、C10H21、C12H25、C13H27、C16H33、C18H37之一,上述油溶性壳聚糖衍生物的分子量5000~500000,红外光谱在1713cm-1附近存在吸收峰。
上述油溶性壳聚糖衍生物制备方法如下:
首先将醋酸配制成重量百分比为1~3%(优选1%)的醋酸水溶液,然后将壳聚糖溶于前述的醋酸水溶液构成均相溶液,其溶解比例是1~3%(w/v)(优选1%),再加入与前述醋酸水溶液等体积的乙醇;在上述溶液中加入(甲基)丙烯酸酯,加入量与前述壳聚糖单元的摩尔比为0.2~8∶1,(优选4∶1),再加入占(甲基)丙烯酸酯质量分数0~1%(优选0.1%)的阻聚剂对苯二酚;然后在20~80℃,反应2~8h;反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤、抽滤、干燥。
本发明生成的醇溶性壳聚糖衍生物可以溶于乙醇、丙醇、异丙醇、丙三醇中,油溶性壳聚糖衍生物可以溶于丙酮中。与现有技术相比,本发明的反应条件温和,反应过程和装置简单,工艺成本低,易于产业化。此外,由于参与反应的(甲基)丙烯酸酯和丙烯酸羟基酯在工业中应用广泛,成本较低。另外,在反应过程中不含强酸等高污染物质,因而造成的坏境污染小。
具体实施方式
针对醇溶性壳聚糖衍生物的制备方法的实施例。
实施例1.1:
将1.0g壳聚糖(分子量Mw10万,脱乙酰化度DA80%)用50mL的1%醋酸溶解,然后再加入50mL乙醇,搅拌均匀后加入0.7g丙烯酸羟乙酯,再加入0.7mg对苯二酚,于80℃反应2h。反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤,抽滤、干燥。
实施例1.2:
将1.5g壳聚糖(分子量Mw10万,脱乙酰化度DA80%)用50mL的1%醋酸溶解,然后再加入50mL乙醇,搅拌均匀后加入1.05g丙烯酸羟乙酯,再加入1.05mg对苯二酚,于80℃反应2h。反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤,抽滤、干燥。
实施例1.3:
将0.5g壳聚糖(分子量Mw10万,脱乙酰化度DA80%)用50mL的1%醋酸溶解,然后再加入50mL乙醇,搅拌均匀后加入0.7g丙烯酸羟乙酯,于80℃反应2h。反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤,抽滤、干燥。
实施例1.4:
将1.0g壳聚糖(分子量Mw10万,脱乙酰化度DA80%)用50mL的1%醋酸溶解,然后再加入50mL乙醇,搅拌均匀后加入5.6g丙烯酸羟丁酯,再加入5.6mg对苯二酚,于80℃反应2h。反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤,抽滤、干燥。
实施例1.5:
将1.0g壳聚糖(分子量Mw10万,脱乙酰化度DA80%)用50mL的1%醋酸溶解,然后再加入50mL乙醇,搅拌均匀后加入0.7g丙烯酸羟丙酯,再加入0.7mg对苯二酚,于50℃反应4h。反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤,抽滤、干燥。
实施例1.6:
将1.0g壳聚糖(分子量Mw10万,脱乙酰化度DA80%)用50mL的1%醋酸溶解,然后再加入50mL乙醇,搅拌均匀后加入0.7g丙烯酸羟丙酯,再加入0.7mg对苯二酚,于20℃反应8h。反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤,抽滤、干燥。
实施例1.7:
将1.0g壳聚糖(分子量Mw10万,脱乙酰化度DA80%)用50mL的1%醋酸溶解,然后再加入50mL乙醇,搅拌均匀后加入0.7g丙烯酸羟丙酯,再加入0.7mg对苯二酚,于80℃反应2h。反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤,抽滤、干燥。
实施例1.8:
将1.0g壳聚糖(分子量Mw10万,脱乙酰化度DA80%)用50mL的1%醋酸溶解,然后再加入50mL乙醇,搅拌均匀后加入0.7g丙烯酸羟丁酯,再加入0.7mg对苯二酚,于80℃反应2h。反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤,抽滤、干燥。
本发明实施例制得的醇溶性壳聚糖衍生物的分子量5000~500000,红外光谱在1713cm-1附近存在吸收峰,可以溶于乙醇、丙醇、异丙醇、丙三醇中。
针对油溶性壳聚糖衍生物的制备方法的实施例。
实施例2.1:
将1.0g壳聚糖(分子量Mw10万,脱乙酰化度DA80%)用50mL的1%醋酸溶解,然后再加入50mL乙醇,搅拌均匀后加入0.7g丙烯酸丁酯,再加入0.7mg对苯二酚,于80℃反应2h。反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤、抽滤、干燥。
实施例2.2:
将1.5g壳聚糖(分子量Mw10万,脱乙酰化度DA80%)用50mL的1%醋酸溶解,然后再加入50mL乙醇,搅拌均匀后加入1.05g丙烯酸丁酯,再加入1.05mg对苯二酚,于80℃反应2h。反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤、抽滤、干燥。
实施例2.3:
将0.5g壳聚糖(分子量Mw10万,脱乙酰化度DA80%)用50mL的1%醋酸溶解,然后再加入50mL乙醇,搅拌均匀后加入0.35g丙烯酸丁酯,于80℃反应2h。反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤、抽滤、干燥。
实施例2.4:
将1.0g壳聚糖(分子量Mw10万,脱乙酰化度DA80%)用50mL的1%醋酸溶解,然后再加入50mL乙醇,搅拌均匀后加入2.8g丙烯酸丁酯,再加入2.8mg对苯二酚,于80℃反应2h。反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤、抽滤、干燥。
实施例2.5:
将1.0g壳聚糖(分子量Mw10万,脱乙酰化度DA80%)用50mL的1%醋酸溶解,然后再加入50mL乙醇,搅拌均匀后加入5.6g丙烯酸丁酯,再加入5.6mg对苯二酚,于80℃反应2h。反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤、抽滤、干燥。
实施例2.6:
将1.0g壳聚糖(分子量Mw10万,脱乙酰化度DA80%)用50mL的1%醋酸溶解,然后再加入50mL乙醇,搅拌均匀后加入0.7g丙烯酸乙酯,再加入0.7mg对苯二酚,于20℃反应8h。反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤、抽滤、干燥。
实施例2.7:
将1.0g壳聚糖(分子量Mw10万,脱乙酰化度DA80%)用50mL的1%醋酸溶解,然后再加入50mL乙醇,搅拌均匀后加入0.7g丙烯酸己酯,再加入0.7mg对苯二酚,于20℃反应8h。反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤、抽滤、干燥。
实施例2.8:
将1.0g壳聚糖(分子量Mw10万,脱乙酰化度DA80%)用50mL的1%醋酸溶解,然后再加入50mL乙醇,搅拌均匀后加入0.7g丙烯酸辛酯,再加入0.7mg对苯二酚,于60℃反应5h。反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤、抽滤、干燥。
实施例2.9:
将1.0g壳聚糖(分子量Mw10万,脱乙酰化度DA80%)用50mL的1%醋酸溶解,然后再加入50mL乙醇,搅拌均匀后加入0.7g甲基丙烯酸己酯,再加入0.7mg对苯二酚,于50℃反应6h。反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤、抽滤、干燥。
实施例2.10:
将1.0g壳聚糖(分子量Mw10万,脱乙酰化度DA80%)用50mL的1%醋酸溶解,然后再加入50mL乙醇,搅拌均匀后加入0.7g丙烯酸癸酯,再加入0.7mg对苯二酚,于40℃反应7h。反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤、抽滤、干燥。
实施例2.11:
将1.0g壳聚糖(分子量Mw10万,脱乙酰化度DA80%)用50mL的1%醋酸溶解,然后再加入50mL乙醇,搅拌均匀后加入0.7g甲基丙烯酸丁酯,再加入0.7mg对苯二酚,于40℃反应2h。反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤、抽滤、干燥。
实施例2.12:
将1.0g壳聚糖(分子量Mw10万,脱乙酰化度DA80%)用50mL的1%醋酸溶解,然后再加入50mL乙醇,搅拌均匀后加入0.7g甲基丙烯酸癸酯,再加入0.7mg对苯二酚,于40℃反应7h。反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤、抽滤、干燥。
本发明实施例生成的油溶性壳聚糖衍生物的分子量5000~500000,红外光谱在1713cm-1附近存在吸收峰,可以溶于丙酮中。
在这些实施例中,制备工艺简单,使用的原料皆为常用的化工材料,成本低,环境污染小。
Claims (10)
2.一种油溶性壳聚糖衍生物,其结构特征是:
R1为H,R2为CH2-CH2COOR或CH2-CH(CH3)COOR,或R1与R2同时为CH2-CH2COOR或CH2-CH(CH3)COOR,其中R为CH3、C2H5、C3H7、C4H9、C6H13、C8H17、C10H21、C12H25、C13H27、C16H33、C18H37之一,上述油溶性壳聚糖衍生物分子量5000~500000,红外光谱在1713cm-1附近存在吸收峰。
3.一种如权利要求1所述的醇溶性壳聚糖衍生物的制备方法,包含如下步骤:
a)先将醋酸配为重量百分比为1~3%的醋酸水溶液,然后,将壳聚糖溶于前述的醋酸水溶液构成均相溶液,其溶解比例是1~3%,再加入与前述醋酸水溶液等体积的乙醇;
b)加入与前述壳聚糖单元的摩尔比为0.2~8∶1的丙烯酸羟基酯,再加入占丙烯酸羟基酯质量分数0~1%的阻聚剂对苯二酚,在20~80℃下,反应2~8小时;
c)反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤、抽滤、干燥,得到本发明的醇溶性壳聚糖衍生物。
4.一种如权利要求3所述的醇溶性壳聚糖衍生物的制备方法,其特征在于:步骤b)中的丙烯酸羟基酯是丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯或丙烯酸羟丁酯。
5.一种如权利要求3或4所述的醇溶性壳聚糖衍生物的制备方法,其特征在于:步骤b)中加入的丙烯酸羟基酯与前述壳聚糖单元的摩尔比为4∶1。
6.一种如权利要求3或4或5所述的醇溶性壳聚糖衍生物的制备方法,其特征在于:步骤b)中加入的对苯二酚的量占丙烯酸羟基酯质量分数的0.1%。
7.一种如权利要求2所述的油溶性壳聚糖衍生物的制备方法,包含如下步骤:
a)先将醋酸配制成重量百分比为1~3%的醋酸水溶液,然后将壳聚糖溶于前述的醋酸水溶液构成均相溶液,其溶解比例是1~3%(w/v),再加入与前述醋酸水溶液等体积的乙醇;
b)在上述溶液中加入与前述壳聚糖单元的摩尔比为0.2~8∶1的丙烯酸酯,再加入占(甲基)丙烯酸酯质量分数0~1%的阻聚剂对苯二酚,在20~80℃下,反应2~8小时;
c)反应结束后,产物用旋转蒸发仪除掉反应介质和未反应的其它物质,并用蒸馏水洗涤、抽滤、干燥,得到本发明的油溶性壳聚糖衍生物。
8.一种如权利要求7所述的油溶性壳聚糖衍生物的制备方法,其特征在于:步骤b)中的(甲基)丙烯酸酯是丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸己酯、丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸己酯、丙烯酸癸酯、甲基丙烯酸丁酯或甲基丙烯酸癸酯。
9.一种如权利要求7或8所述的油溶性壳聚糖衍生物的制备方法,其特征在于:步骤b)中加入的(甲基)丙烯酸酯与前述壳聚糖单元的摩尔比为4∶1。
10.一种如权利要求7或8或9所述的醇溶性壳聚糖衍生物的制备方法,其特征在于:步骤b)中加入的对苯二酚的量占(甲基)丙烯酸酯质量分数的0.1%。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
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